O prêmio
Nobel da Química, atribuído a Daniel Shechtman pela sua descoberta dos
quase-cristais, vem juntar-se à já longa lista de prémios Nobel atribuídos a
descobertas relacionadas com a cristalografia. A cristalografia é uma ciência
interdisciplinar que estuda os cristais – uma forma de organização da matéria com
características peculiares ao nível do ordenamento atómico, bem visíveis nas
belas simetrias exibidas pelas formas dos cristais. O primeiro prémio Nobel da
Física, atribuído em 1901 a W. Roentgen pela descoberta dos raios-X, foi
premonitório. Os raios-X permitiram o desenvolvimento da cristalografia
moderna, que usa técnicas de difração (com raios-X, mas também com electrões e
com neutrões) como principal ferramenta analítica. Os prémios Nobel da Física
dos anos 1914 e 1915 foram atribuídos aos pioneiros desta técnica, o alemão Max
von Laue (1914), e os britânicos W.H. Bragg e W.L. Bragg (1915), pai e filho (o
filho foi o mais novo Nobel da Física até agora!). Desde então, o número de
prémios Nobel relacionados com a cristalografia não tem parado de crescer e
está disperso por várias áreas científicas: Física, Química e Fisiologia e
Medicina. Foi a cristalografia que nos deu a conhecer a estrutura em dupla
hélice do DNA, da insulina, da vitamina B12, de várias enzimas, proteínas e do
ribosoma. A União Internacional de Cristalografia gaba-se de ser a sociedade
científica com maior número de prémios Nobel nos seus associados!
Mas a descoberta em 1984 dos quase-cristais por Daniel Shechtman caiu, na
altura, como uma bomba na comunidade cristalográfica, uma vez que punha em
causa um dos pilares da cristalografia. De facto, este físico tinha observado
padrões de difração com simetria pentagonal em cristais de uma liga de alumínio
e manganês, algo que era incompatível com um empacotamento tridimensional
periódico dos átomos – que era precisamente o que, na altura, se entendia por
um cristal.
Shechtman teve grande dificuldade em publicar as suas observações, apesar da
boa qualidade dos seus resultados experimentais. A maioria dos cristalógrafos
acreditava que a explicação para os estranhos padrões de difração seria a
existência de defeitos de crescimento dos cristais a que se dá o nome de
maclas. Mas Shechtman tinha examinado em pormenor os seus cristais e sabia que
não havia nenhuma evidência para a ocorrência desse tipo de defeitos de
crescimento. Entre os defensores da teoria da maclagem estavam nomes
conceituados como Linus Pauling, duplo prémio Nobel e ele próprio um
cristalógrafo muito conceituado, que rejeitou até ao final da sua vida outra
interpretação. Mas a verdade acabou por se impor. A explicação para a
existência de um padrão de difracção bem definido numa estrutura sem ordem
tridimensional periódica veio, curiosamente, da Matemática. O matemático
britânico Roger Penrose tinha investigado, na década de 70, um tipo de
preenchimento aperiódico do plano por mosaicos com formas peculiares, que ficou
conhecido por mosaico ou pavimento de Penrose. Alguns anos antes da descoberta
de Shechtman, um cristalógrafo, Alan Mackay, tinha colocado a questão de saber
se este tipo de mosaico aperiódico poderia dar origem a um padrão de difração –
e a resposta, que veio de uma experiência muito simples e convincente,
realizada com um pedaço de cartão furado e um pequeno laser, foi afirmativa.
Assim, não foi preciso esperar mais do que seis semanas após a publicação da
descoberta da Shechtman na prestigiada Physical Review Letters, para que
fosse publicada uma primeira teoria para a explicação do novo fenómeno, com
base nas ideias de Penrose. Se os físicos ficaram, desde logo, entusiasmados,
ainda demorou algum tempo para que estas novas ideias fossem plenamente aceites
pelos cristalógrafos. Só em 1992 a União Internacional de Cristalografia
alterou a sua definição de cristal para um “sólido que produz um padrão de difração
essencialmente discreto” e definiu “cristal aperiódico”
(quase-cristal) como um cristal onde o ordenamento periódico tridimensional dos
átomos está ausente. Mas a designação original de “quase-cristal” já estava
popularizada e veio para ficar.
Hoje em dia já foram encontrados quase-cristais em mais de uma centena de
sistemas intermetálicos, sendo que cerca de metade são compostos metaestáveis.
Eles estão sobretudo presentes em ligas ternárias de alumínio que já tinham
sido amplamente estudadas por muitos investigadores. É absolutamente certo que
muitos cientistas, antes de Daniel Shechtman, já se teriam deparado com
quase-cristais nas suas investigações, mas descartaram-nos como “amostras de má
qualidade”, sem ensaiarem uma investigação mais profunda. Após o anúncio da
descoberta, muitos foram os investigadores que encontraram quase-cristais em
amostras relegadas para o fundo das gavetas.
Sendo os quase-cristais uma forma “peculiar” de ordenamento da matéria, os
físicos foram os primeiros a acreditar que eles poderiam exibir propriedades
extraordinárias. De facto, a quase-periodicidade tem consequências importantes
para as propriedades electrónicas e para outras propriedades que envolvam, por
exemplo, o espectro das vibrações dos átomos (fonões). Mas, na verdade, depois
de um ímpeto inicial, o interesse por estes compostos tem vindo lentamente a
diminuir, com exceção para as aplicações recentes na área da fotónica, que
fizeram ressurgir este assunto. Por enquanto, e enquanto esperamos pelo
desenvolvimento de aplicações nas áreas da fotónica e da optoeletrônica, o
maior nicho de mercado dos quase-cristais está no seu uso como precipitados
para endurecer alguns aços para aplicações especiais ou revestimentos, usados,
por exemplo, em fritadeiras anti-aderentes.
Em Portugal, a cristalografia está razoavelmente desenvolvida, mas não parece
haver atualmente atividade de investigação relevante em quase-cristais. As
áreas de investigação com forte desenvolvimento são as da cristalografia das
“grandes moléculas” de interesse biológico (por exemplo, proteínas), onde
Portugal tem uma comunidade de excelência com relevância internacional. Também
na área da cristalografia das pequenas moléculas e nas aplicações da
cristalografia à ciências dos materiais, Portugal está bem representado. E a
cristalografia ainda continuará, por certo, a contribuir para novas descobertas
científicas de grande relevância.
José António Paixão
Fonte: http://dererummundi.blogspot.com.br/2011/10/o-nobel-da-quimica-e-cristalografia.html
